Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

а узнает такой сайт и метилирует сосайт

ответствующий остаток новообразованной цепи, наследственно закрепляя таким образом полностью метилированное состояние данного сайта. Поскольку этот фермент узнает только полуметилированные сайты, положение неметилированных сайтов также закрепляется наследственно.

кализации генов, для которых наблюдается изменение уровня экспрессии. Появление в области генов, расположенных в районах изменения структуры хроматина, новых участков, чувствительных к расщеплению ДНКазой I, как правило, сопровождается по крайней мере частичным деметилированием сайтов Cm5CGG, находящихся вблизи или внутри соответствующих генов.

Известна также корреляция между протеканием вирусной инфекции и процессами метилирования ДНК. Линия клеток, трансформированных вирусом герпеса Саймири, но не продуцирующих в заметных количествах вирусного потомства, характеризуется высоким внутриклеточным содержанием эписомных копий высокометилированной вирусной ДНК. В то же время клеточные линии, отличающиеся активной продукцией вируса, содержат практически неметилированную вирусную ДНК. Аденовирусная вирионная ДНК также неметилирована. Однако, когда эта ДНК интегрирована в хромосомную ДНК и не транскрибируется, она оказывается метилированной. Аналогично проретровирус-ная ДНК в клетках, не отличающихся высокой продукцией ретровируса, метилирована. Впрочем, следует отметить, что подобные корреляции сами по себе не могут выявить причинно-следственной связи между метилированием—деметилированием и регуляцией экспрессии.

Прямые эксперименты показали, что метилирование может быть непосредственной причиной инактивации генов. Это можно проиллюстрировать на примере аденовирусной транскрипционной единицы, кодирующей белок, специфически связывающийся с вирусной ДНК, которая была клонирована в векторе pBR322. После инъецирования клонированной ДНК в ядра ооцитов Xenopus во фракции РНК удается обнаружить транскрипты аденовирусного гена. Однако в случае предварительного метилирования вирусной ДНК in vitro с помощью Hpall транскрипции аденовирусного гена в аналогичных условиях не наблюдается. Характерно, что этот эффект связан с метилированием одной или более специфических CCGG-последовательностей, а не с метилированием как таковым, поскольку обработка ДНК метилазой BsuRI, модифицирующей последовательности GGCC, никак не отражается на транскрипции. Пока еще неясно, каким образом метилирование оказывает ингибирующее влияние на процесс транскрипции.

Связь метилирования с процессами регуляции активности генов представляет особый интерес, поскольку, как было отмечено выше, состояние метилирования тех или иных сайтов может закрепляться в ходе передачи наследственной информации при полуконсервативной репликации. Как будет рассмотрено в гл. 17, выбор путей дифференцированного развития клеток в ходе эмбриогенеза закрепляется на уровне точной передачи наследственной информации при пролиферации того или иного типа дифференцированных клеточных линий. Поэтому изменения в распределении метилированных сайтов в процессе эмбрионального развития могут быть положены в основу привлекательной, хотя и непроверенной еще гипотезы, объясняющей каким образом может наследственно закрепляться выбранный путь дифференцированного развития различных зародышевых клеток.

Регуляция гемоглобиновых генов в ходе развития организма

Определенный вклад в формирование представлений о связи регуляции экспрессии генов с развитием организма внесли работы по изучению биосинтеза гемоглобина у птиц и млекопитающих. Молекулы гемоглобинов, как отмечалось в гл. 10, представляют собой тетрамеры, содержащие по две пары глобиновых цепей различного типа. В ходе развития организма наблюдается образование различных вариантов гемоглобина в зависимости от экспрессии различных типов а- и Р-глобиновых генов. В табл. 16.4 показан субъединичный состав различных гемоглобинов, образующихся в ходе развития человеческого организма. Экспрессия различных ос- и р-глобиновых генов строго упорядочена, но осуществляется различными типами клеток в различных тканях в зависимости от стадии развития эмбриона (рис. 16.16).

С использованием генно-инженерных подходов удалось изучить расположение этих генов в ДНК, а также зарегистрировать изменения структуры хроматина и ДНК, связанные с регуляцией экспрессии этих генов. Как а-, так и р"-глобиновые гены образуют кластеры тесно сцепленных генов. Оба кластера генов были клонированы в виде набора рекомбинантных фаговых векторов, содержащих перекрывающиеся фрагменты глобиновых генов, с использованием методов, описанных в гл. 9. Расположение генов внутри кластеров показано на рис. 16.17. Интересно отметить, что некоторые глобиновые гены представлены более чем одной копией (аь а2, Gy, Ау), причем на соответствующей стадии развития происходит одновременная экспрессия обеих копий. Удивительной особенностью организации кластеров оказалось то, что гены в них расположены в соответствии сх порядком их экспрессии и все транскрибируются с одной и той же цепи ДНК.

ДНК каждого клонированного гена из обоих кластеров транскрибируется РНК-полимеразой II в системе транскрипции in vitro на основе экстракта культуры опухолевых клеток человека. Это свидетельствует о том, что каждый ген представляет собой индивидуальную транскрипционную единицу. Более того, транскрипция in vitro всех зародышевых, эмбриональных и зрелых генов, за исключением 5-глобинового гена, происходит с сопоставимой эффективностью. Таким образом, регуляция транскрипции глобиновых генов в ходе развития, вероятно, определяетКластер e-подобных глобиновых генов

Ф ? фа! я2

ш ш ш«1

_L

тля. 30 S'—

20

a thai 1 Thai

10

А THAI 1 GREEK

Кластер ^-подобных глобиновых генов

!7пW1

4D4ЕЬ

1 I 1 I I I I I I [ I I I I I I М I I L

J ' i ' F ' ' ' I ( I

тлл. 60

5' >3'

SO

40

"HPFH

?у-68-thal

30

Gy_ Ay.sff tha!

°ИТ"НРП1

GTA-HPFH

20

10

5-15 20-30 20-30 S - 10" 10-13*

у/3-thal

Рис. 16.17. Организация ДНК в кластерах ос-подобных и ^-подобных глобиновых генов. Черные сегменты-экзоны; белые-интроны. Показаны также неэкспрессируемые псевдогены (\J/). Приведены данные о величине и локализации делеций, наблюдаемых при различных вариантах талассемии (см. в тексте). Заштрихованные сегменты по краям отражают неоднозначность в определении концевых участков ряда делеций. Справа приведены данные о процентном содержании HbF, наблюдаемом при гетерозиготности по соответствующим делециям. Звездочка означает, что образующийся HbF (фетальный гемоглобин) содержит из Р-подобных цепей только цепи типа Gy. (По Maniatis Т. et al., 1980. Anna Rev. Genet., 14, 145.)

ся дифференцированной репрессией определенных генов кластера. Если бы для транскрипции определенных глобиновых генов требовалось наличие специфических активаторов, то пришлось бы считать, что все они присутствуют в культуре опухолевых клеток. В то же время в этой культуре клеток не наблюдается экспрессии нормальных копий генов. Отсутствие активности глобиновых генов в большинстве клеточных линий и избирательная активность лишь некоторых генов на определенных стадиях развития указывают на их репрессию, которая может достигаться, например, за счет маскирования генов в неактивных компактных участках хроматиновой структуры.

Некоторые общие особенности регуляции экспрессии эукариотических генов, рассмотренные в предшествующих разделах, распространяются и на процессы регуляции гемоглобиновых генов, которые зависят от стадии развития организма. С этой точки зрения наиболее подробно изучались кластеры куриных глобиновых генов, что связано в первую очередь с доступностью соответствующих гемоглобин-проду-цирующих клеток на любой стадии развития. Установлено, что каждый из кластеров располагается в хроматиновом домене, который у гемо-глобин-продуцирующих клеток более чувствителен к действию ДНКазы I, чем у клеток других тканей. Более того, в хроматине гемоглобин-про-дуцирующих клеток обнаружены участки, гиперчувствительные к ДНКазе I, расположенные перед сайтами инициации транскрипции активно транскрибируемых глобиновых генов. В хроматине клеток тканей иного типа аналогичные участки не обнаруживаются. В гемоглобин-продуцирующих клетках взрослой особи инактивация эмбриональных глобиновых генов коррелирует с исчезновением гиперчувствительных участков, предшествующих сайтам инициации транскрипции этих генов. Наблюдается также пониженный уровень метилирования сайтов CG внутри и вблизи активно транскрибируемых последовательностей. Инактивация эмбриональных генов, напротив, сопровождается повышением уровня метилирования соответствующих сайтов. Таким образом, имеются характерные различия в структуре хроматиновых доменов, содержащих кластеры а- и Р-подобных глобиновых генов, в клетках эмбриона и взрослого организма. Поскольку на различных стадиях развития продукция гемоглобина обеспечивается клетками определенного типа, можно полагать, что связанная с развитием регуляция глобиновых генов сопровождается поэтапным установлением в этих клетках альтернативных вариантов структуры соответствующих областей хроматина. Безусловно, многое еще предстоит узнать о природе регуляторных молекул, ответственных за установление различных вариантов хроматиновой структуры, а также о том, на какие последовательности ДНК действуют эти регуляторные молекулы.

При изучении кластеров глобиновых генов была обнаружена их еще одна удивительная особенность. Оказалось, что в каждом кластере содержатся последовательности, которые гибридизуются с клонированными а- и Р-глобиновыми зондами и в то же время не направляют синтеза каких-либо полипептидов. Подобные последовательности, названные псевдогенами (фа, фР-рис. 16.17), были обнаружены в ДНК целого ряда млекопитающих, как в кластерах а- и р-подобных глобиновых генов, так и в других областях генома. Псевдогены были обнаружены и при изучении других семейств эукариотических генов. У псевдогенов при сравнении с истинными (активными) генами обнаруживаются разноо

бразные небольши

страница 49
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(29.01.2020)